基于IEEE802.15.4标准的ZigBee协议具有自组织、稳定性好、抗干扰性强、功耗低等优点，主要应用于农业、工业检测、军事和医疗等方面。但其控制中心多是PC，不能适应野外等特殊环境。WiFi作为一种越来越普及的无线通信技术，凭借覆盖范围广、无需布线等优点，广泛存在于人们的生产生活中。以此提出一种适应于复杂环境的双模无线网关设计方案，具有良好的应用性和前瞻性。
1 系统总体结构
系统由ZigBee模块、开发板模块和WiFi模块组成。ZigBee模块中，Coordinator作为ZigBee网络的中心节点，负责控制和监测ZigBee路由节点，每一个路由节点携带一个传感器，负责把传感器采集的数据发送给Coordinator。开发板模块作为协议转换的枢纽，用于解析 Coordinator传输的数据。WiFi模块，将开发板解析的数据封装成WiFi帧。这样就实现双模无线网关的转换，系统结构如图1所示。
图1 系统总体结构
2 无线网关的设计
2.1 ZigBee数据流分析
ZB253002模块是基于CC2530F256芯片，执行ZigBee2007/PRO协议的 ZigBee模块，它具有ZigBee协议的全部特点。其主要的特点：
①自动组网。所有的模块通电即自动组网，协调器（Coordinator）自动给所有的节点分配地址，不需要用户手动分配地址，网络加入、应答等专业ZigBee组网流程。
②简单数据传输。ZB253002模块可以理解为“无线的 RS232 连接”，通过串行端口即可在任意节点间进行数据传输。ZigBee模块有两种数据的传输方式：数据透明传输，只要传送的第一个字节不是0xFE、0xFD 或0xFC，则自动进入数据透明传输方式；点对点的数据传输方式，数据传输的格式为0xFD（数据传输命令）+ 0x0A（数据长度）+（目标地址）+（数据）。由协调节点传输给开发板的数据添加以0xFE开头的15字节的节点信息，用来提供给 TI Sensor Monitor，观察网络结构。
Zigbee模块设置命令表如表1所列。
表1 Zigbee模块设置命令表
2.2 通信协调器的设计
Coordinator是整个网关转换和无线传感器网络建立的中心，是数据传输的中心枢纽。因此，Coordinator的设计关系到整个系统的稳定性和可靠性。Coordinator CC2530采用ZigBee2007协议栈。ZStack是TI公司提供的一种轮询式操作系统，借助于Z-Stack，Coordinator上电后，首先进行硬件和网络初始化，然后创建3个任务：①ZigBee网络任务，该任务通过Coordinator与其子节点的“绑定”完成。其绑定的过程，协调器建立网络，创建绑定表，并设定允许绑定模式，子节点发送绑定请求，Coordinator更新绑定表并响应子节点。②串口协议解析任务，该任务用于解析来自开发板和子节点的数据，并将解析后的数据传输给子节点任务或发送给开发板。③子节点任务，该任务主要用于接收子节点返回的数据，并将数据传输给串口协议解析任务。这样ZigBee协议帧的解析就转到开发板端，由Linux操作系统完成，Linux解析完成后，将有效的数据放入指定的共享内存。当 BOA收到外部Web请求，调用相应的CGI获取共享内存中的数据，并经由无线网卡以WiFi的形式传送给用户。 |
